DB Minden ont testé les jauges de contrainte optiques HBM

Beaucoup d’essais et de nombreuses inspections sont obligatoires pour obtenir l’approbation des nouveaux véhicules ferroviaires. Certains essais de fonctionnement concernent les ensembles roues-essieux consistant à mesurer les forces entre les roues et le rail. L’organisme d’essai indépendant DB Systemtechnik à Minden, en  Allemagne, explore les possibilités résultant de l'utilisation des nouvelles jauges de contrainte optiques, comme le modèle K-OP de la société HBM.

Conditions d'essai

Pour les mesures de la force de contact roue/rail, il est nécessaire de déterminer à la fois la force verticale et la force latérale entre le rail et les roues. Les forces actives entre le rail et les roues occasionnent une déformation des roues, l’axe instrumenté de jauges de contrainte enregistre ces déformations et les convertir en une valeur de force à l’aide du logiciel de mesure. Des jauges de contrainte conventionnelles sont couramment employées pour cette application.

Equipement considérable

Dans ce centre d'essai à Minden, les jauges de contrainte sont installées sur un ensemble roues-essieu constitué de deux roues et d'un axe. Cet équipement exige un total de 48 jauges de contrainte par roue (fig. 1). Les lignes de câbles sont menées dans l'axe creux par un trou. L'électronique complète, comprenant les amplificateurs et la transmission du signal, est située à l'extrémité de l'axe.

L'installation des jauges de contrainte et des câbles est complexe et demande plusieurs semaines pour chaque ensemble roues-essieu. Les jauges de contrainte doivent être installées individuellement et raccordées. Puisque l’ensemble roues-essieu est sujet à des efforts mécaniques relativement élevés pendant les essais, les câbles doivent être entièrement collés.

Banc d'essai

Quand les jauges de contrainte, les câbles et l'électronique ont été installés, l’ensemble roues-essieu de mesure doit être étalonné. Pour cela, cet ensemble, au complet, est construit dans un banc d'essai développé spécialement (fig. 2). Les trous d'entrée de câble provenant des jauges installées et allant vers l’amplificateur constituent une influence sur la stabilité des mesures des roues-essieu. L'effort exigé, pour garantir uniformément que les pièces soient exemptes de fissures par des essais par ultrasons, est ainsi vraiment conséquent.

Un autre inconvénient de l’équipement d'essai est dû à l'endroit choisi pour la mise en place de l'électronique de mesure : la partie en rotation est installée à l’intérieur et la partie fixe est montée sur l’axe ; l'endroit est toutefois sujet à des contraintes extrêmement élevées dans le secteur des roues-essieux.

Amélioration en utilisant des jauges de contrainte optiques

A Minden, DB Systemtechnik travaille régulièrement pour optimiser et développer de futures méthodes pour éliminer les inconvénients décrits ci-dessus sur les roues-essieux de mesure. Une approche, actuellement suivie, est d'employer des jauges de contrainte optiques, c'est un réel avantage à les utiliser comme par exemple les K-OL de HBM (fig3).

Réduction des efforts d'installation.

Lorsqu'on utilise des jauges de contraintes optiques, l'avantage majeur est d'avoir une réduction significative de l'effort de mise en oeuvre. « En utilisant des jauges de contrainte optiques, cela nous permettrait de raccourcir les temps d'installation à quelques jours au lieu de quatre à cinq semaines actuellement. » explique Andreas Brodtka, responsable de la production des ensembles roues-essieux de mesure chez DB Systemtechnik. La réduction de cet effort d'installation et moins de maintenance pendant les essais ont, naturellement, pour conséquence des coûts réduits. Comme une compensation des parasites, toujours complexe, ne serait plus nécessaire, 20 jauges de contrainte par roue seraient suffisantes. « Le fait de pouvoir avoir jusqu’à 20 jauges de contrainte optiques sur une seule ligne de fibre est d'une importance capitale. » énonce l'ingénieur d’essais.

Installation des lignes de mesure sans perçage

En outre, de minces fibres de verre ont pu être placées à l'extérieur sans avoir à percer un trou dans l'axe. Une solution permettant la pose de la fibre optique sans aucun trou est actuellement développée. La partie transmission de la zone en rotation jusqu'à la partie fixe sur les roues-essieu sera toujours nécessaire, les signaux transmis par la fibre optique pourraient être envoyés par l'intermédiaire d'un ensemble optique à bagues tournantes. L'interrogateur traitant les signaux des jauges de contrainte optiques pourrait alors être situé et bien protégé à l'intérieur du véhicule et recevoir les signaux provenant des fibres optiques.

Perspectives

Actuellement, les jauges de contrainte optiques sont employées au DB Systemtechnik de Minden uniquement dans le cadre d’un projet de recherche, mais les résultats obtenus montrent tout le potentiel des jauges optiques dans ce domaine.

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